Постройка храма относится к 1699 году. Первоначально храм был деревянным, освящен был во имя святого великомученика Димитрия Солунского. В 1738 году за ветхостью храм был разобран и на его месте был выстроен новый, двухэтажный, престолы в котором были освящены в честь Казанской иконы иконы Божией Матери (в верхнем этаже) и святого великомученика Димитрия (в нижнем этаже). С 1865 по 1871 годы было выстроено нынешнее каменное храмовое здание. Деньги на постройку каменного храма собирали купцы Новичков, Швецов и Тихомиров. Деятельное участие в сборе денег и постройке храма принимал бывший клирик этого храма священник А. Н. Магнусов. Он обратился за содействием к известному в Петровске купцу О. А. Тургеневу, который отличался религиозностью и был известен как благотворитель. О. А. Тургенев внес более половины из двадцати тысяч рублей, в которые обошлось строительство пятиглавого каменного храмового здания. При храме была устроена каменная колокольня, иконостас был целиком вызолочен, некоторые иконы были также в позолоченых окладах. Храм был устроен как двухпрестольный, главный престол в честь Казанской иконы Божией Матери, в приделе - в честь пророка Божия Илии.
На 1912 год в штате храма были два священника, диакон и два псаломщика, дома и квартиры для причта церковные. В приходе были три церковно-приходские школы: одна в самом Петровске, две другие - в приписных к приходу хуторах Зотово и Сорокино. В годы Советской власти: В 1920-е годыхрамбыл закрыт, но не разрушен. 9 июля 1944 года храм был вновь освящен и открыт для совершения богослужений. Более не закрывался.
В настоящее время производится наружная реставрация.
